Первая клетка. И чего стоит борьба с раком до последнего

Этот вывод наталкивает на несколько вопросов. Первый касается профилактики. Если рак – это всегда результат ошибок в работе генов внутри клетки и не имеет никакого отношения к факторам вне клетки, в том числе к окружающей среде, то, сколько ни меняй образ жизни, это не поможет. Однако это не так: мы видим, что правильный образ жизни снижает заболеваемость раком. Например, при раке легких ошибки в копировании ДНК ответственны лишь за 35 % мутаций, а в 65 % виновны факторы среды. Второй вопрос: если мутация может произойти в любой момент, когда клетка готовится разделиться, почему рак чаще встречается в пожилом возрасте? И здесь на передний план снова выходит жизнь и труды Пера Бака. МДС, которым болел Пер, – результат воздействия как внутренних факторов клетки, так и ее микроокружения, где, по всей видимости, происходит множество воспалительных изменений. Вероятно, единственное семя, способное выжить в таком токсичном окружении, – это клетка с генетической мутацией, заставившей ее уклоняться от нормальных сигналов, контролирующих рост. Какие же изменения в микроокружении человеческого организма повышают вероятность, что клетка, несущая мутацию, выживет за счет нормальных клеток? Прочитав о явлении самоорганизованных критических состояний, я задумалась, какие события предшествуют внутриклеточной генно-хромосомной катастрофе, приводящей к злокачественной трансформации. Система к этому моменту уже утрачивает стабильность и становится беззащитной перед обвалом или по крайней мере перед патологическим отклонением.

* * *

Отклонение в нестабильной системе на грани катастрофы может возникнуть в результате анеуплоидии – биологической реальности, которая заставляет усомниться в верности представлений современных исследователей рака, сосредоточенных в первую очередь на генах. Люди наследуют два набора из 23 хромосом, по одному от каждого из родителей. Анеуплоидия клетки – это ситуация, когда в клетке меньше или больше 46 хромосом. Она возникает при делении клетки, если хромосомы распределяются неравномерно и одна дочерняя клетка получает больше, а другая меньше сорока шести. Какова причина анеуплоидии? Нестабильность хромосом и дальнейшую анеуплоидию могут вызвать мутации генов, особенно тех, которые регулируют восстановление поврежденной ДНК в клетке. Еще в 1902 году немецкий ученый Теодор Бовери заметил, что если в яйцах морского ежа имеется анеуплоидия, то развитие эмбрионов идет аномально. Он предположил, что неправильное количество хромосом предрасполагает клетку к раку. Анеуплоидные клетки вырабатывают аномальное количество белков из-за измененного числа функционирующих генов, а это препятствует жизненно важным сигналам роста и гибели. Анеуплоидия выявляется примерно у 90 % солидных опухолей и в 75 % гемобластозов.

Генетические мутации и анеуплоидия – характерные признаки злокачественности, однако относительная важность каждого из этих факторов как первопричины рака вот уже десятки лет служит предметом споров. Одна сторона утверждает, что все начинается с анеуплоидии, а генетические мутации возникают из-за хромосомных поломок, а другая стоит за главную роль генетических мутаций, а анеуплоидию считает их следствием.

В 2017 году ученые из лаборатории Колд-Спринг-Харбор провели эксперимент, в ходе которого вырастили культуры двух групп клеток параллельно. В одной клетки имели нормальный набор хромосом, а в другой у них была одна лишняя. Анеуплоидные клетки сначала росли медленно, но потом произошел внезапный рывок роста – и они начали стремительно делиться, причем перемена случилась почти мгновенно. При делении клеток число их хромосом все больше и больше отличалось от нормы. В чашке Петри словно бы повторялись события, происходящие в организме, когда первичная опухоль некоторое время медленно растет, а потом становится агрессивной и метастазирует. Анеуплоидные клетки выживали лучше клеток с нормальным числом хромосом. Кроме того, по мере усугубления анеуплоидии в дочерних клетках они проявляли генетическую нестабильность: у одних хромосом было больше, а у других меньше, чем у родительских клеток.

Может быть, первоначальная стадия медленного роста отражает фазу самоорганизации, когда система неуклонно наращивает энтропию, популяция становится все нестабильнее – совсем как в песчаной куче – и в конце концов возникает самоорганизованное критическое состояние, когда любое событие способно вывести систему из равновесия? Подобно тому как последняя песчинка, вызывающая обвал, ничем не отличается от остальных песчинок, клетка, вызывающая катастрофическую перемену, вероятно, ничем не отличается от своих соседок в чашке Петри. Вся культура в целом становится гиперчувствительной и нестабильной и склонна к катаклизмам. В таких условиях даже минимальная ошибка при копировании ДНК, мутация-пассажир, подхваченная при делении клетки, словом, мелочь, при других обстоятельствах не имевшая бы особых последствий, способна обрушить всю систему.

* * *